一起配电变压器故障原因分析

2018-03-14李文强刘发胜郑蜀江

江西电力 2018年2期

李文强，安义，徐文，刘发胜，郑蜀江

0 引言

随着居民用户对供电质量要求的不断提升，保障配电设备可靠安全运行愈加显得重要，台区配电变压器作为配电网的关键节点，承担着电压变换、电能分配的作用，直接关系到用户的正常用电。本文对某供电公司一起配电变压器本体故障进行原因分析，找出故障根源，并提出了相应整改措施与建议，以提高配电变压器的安全运行水平。

1 基本情况

2016年，某供电公司发生了4起配电变压器故障事件，4台配变均为同一公司生产，容量为630 kVA，联结组别为Dyn11型，额定电压为10/0.4 kV，型号为S11，具体情况见表1。

表1 4台配电变压器烧毁情况

2 运行分析

本文选取1号故障配电变压器进行展开分析，配电变压器停运前未发生过载，停运期间，高压线路运行正常，同一线路相邻台区运行正常。台区高压侧A、C两相熔断器熔断，低压开关未跳开，低压线路未发生故障，因此判断为变压器内部在运行中发生了绝缘故障。

对于Dyn11配电变压器而言，当低压侧发生单相短路时，高压侧有两相线电流全部反应了低压侧的单相短路电流[1]，如图1所示。

图1 单相短路电流分布

根据配电变压器运行工况，高压侧A、C相两相熔断器熔断，反映到低压侧为c相单相短路故障，而低压开关未跳开，低压线路未发生故障，初步判断变压器内部发生了单相短路故障。

3 诊断试验

测量配电变压器绝缘电阻，一次对二次及地为0 Ω，一次对二次及地为0 Ω，一次对二次为0 Ω，判断配电变压器主绝缘已损坏。

测量变压器高压绕组线电阻，5个档位线直阻不平衡率均达到13%以上，达大于2%的标准要求。测量变压器低压绕组相电阻，低压相直阻不平衡率为14.6%，达大于4%的标准要求，如表2。

表2 1号配电变压器绕组电阻情况

4 吊芯解体

4.1 吊芯情况

经对1号配电变压器吊罩后发现，C相绕组损坏严重，偏离轴线倾斜，A和B两相绕组外表完好无损，重新测量A和B两相高低压绕组电阻值，电阻值与同厂家同型号的合格变压器的电阻值相一致。C相第1层线圈至少有8处短路灼伤，包扎带已松开，对应箱壁内侧多处有灼烧痕迹，周围有熏黑痕迹，C相高压线圈内侧上下膨胀，下层压装垫块断裂，如图2所示。

图2 变压器吊芯情况

4.2 解体情况

拆开箱盖，高低压导杆密封胶珠未老化，高压低套管未出现渗漏油现象，分接开关动静触头无缺损、脏污，解开C相绕组，高压第2层至第9层线圈绝缘纸、层间绝缘纸完好，线圈排列整齐，没有歪斜，线圈端部有压装垫块压实，下层压装垫块已断裂，但轴向和幅向无变形；第10至13层线圈严重变形，线圈端部没有压装垫块压实，线圈向外崩开，局部幅向变形，有2处故障点；C相低压线圈首尾引出线（c，z）呈上、下层压在一起，首尾引出线搭接处有烧伤痕迹，将首尾引出线搭接处扳开后，发现C相线圈的首尾引出线在搭接处有一个直径约8 mm被电弧烧穿的洞，电工皱纸板已烧焦，低压绕组其他部分未见异常，如图3所示。

图3 变压器解体情况

5 故障原因

根据1号配电变压器运行工况分析，在台区未发生过载、高压线路正常运行、低压开关未跳开的情况下，台区高压侧A、C两相熔断器断开，初步判断变压器低压侧发生了单相故障。

根据解体情况，C相低压线圈的首尾引出线搭接处的绝缘受到损伤，变压器投运后绝缘损伤处在电和热的作用下绝缘不断劣化，最终导致C相低压线圈在变压器内部首尾短路而造成变压器损坏。C相低压线圈内部首尾单相短路是变压器损坏的直接原因，与实际工况相符。

C相高压第1层线圈与箱壁碰触短路，多处有放电灼烧痕迹。说明变压器在受到故障电流的冲击时，轴向分量的磁场与绕组电流相互作用，低压绕组受到向内的幅向压缩力，高压绕组受到向外的幅向拉伸力，线圈长轴侧受到的辐向力使绕组间的主绝缘距离拉大，第1层高压线圈与油箱内壁之间的绝缘距离减小，从而导致第1层线圈与箱壁短路。

C相第2层至第9层高压线圈整齐，导线电缆线、层间绝缘纸完好无破损，端部有压装垫块压实，下层压装垫块已断裂，但轴向和幅向无变形；第10至13层线圈严重变形，端部没有压装垫块压实，线圈向外崩开，说明变压器辐向分量的漏磁场与绕组的电流相互作用，使绕组产生轴向力，由于线圈端部因没有压装垫块压实而向外膨胀。压装垫块机械强度不足以抵抗变压器的短路冲击，导致下层压装垫块受到线圈轴向力断裂。

C相高压10和11层线圈层间短路，属于11层线圈变形导致绝缘纸破损从而引起层间短路，线圈断2处。12和13层线圈发生层间、匝间短路，线圈断2处，属于12、13层线圈因幅向和轴向变形相互挤压导致线圈破损从而引起短路。说明变压器故障诱发非层间、匝间短路引起。

通过上述分析，变压器在制造过程中，C相低压线圈的首尾引出线搭接处的绝缘受损伤，在变压器投运后绝缘损伤处绝缘不断劣化，最终导致C相低压线圈内部首尾短路，故障电流产生电动力导致高压线圈变形、线圈间相互挤压，造成线圈绝缘层破损引起匝间、层间多处短路，线圈幅向变形导致第1层线圈与油箱内壁之间距离变近从而引起匝地短路，最终导致变压器损坏。

经故障原因分析，配电变压器抗短路能力设计存在以下缺陷：

1）低压线圈制造工艺不良。

1号配电变压器低压线圈在制造过程中，导线出头90度弯制作工艺不良，造成首尾引出线压在一起时，弯折处绝缘出现破损，弯折处绝缘破损后未重新包扎绝缘。

2）线圈与油箱内壁之间未考虑加强绝缘。

1号配电变压器线圈为椭圆形线圈，相比圆形线圈而言，在受故障电流冲击时，高压线圈长轴比短轴更易向外膨胀，因此在抗短路能力设计过程中，线圈长轴侧与油箱内壁之间应考虑绝缘加强，如增大线圈至油箱的绝缘距离、线圈与油箱之间增加绝缘挡板等，特别是630 kVA及以上大容量配电变压器[2]。而此台变压器线圈长轴侧与箱壁之间未考虑加强绝缘。

3）轴向压紧结构设计不合理。

用压装垫块紧固时，各压块的宽度应稍大于各线圈的幅向宽度，尽量覆盖线圈端部，保证线圈轴向受力均匀，提高线圈稳定性。如图3所示，1号配电变压器压装垫块为长方体状，部分线圈端部未被压紧，一是在受故障电流冲击时，导致高压线圈端部未紧固处向外膨胀，二是在器身下箱时，可能造成高压线圈外侧绝缘破损。